EP2587508A1

EP2587508A1 - Leistungsschutzschalter

Info

Publication number: EP2587508A1
Application number: EP11186529.1A
Authority: EP
Inventors: Kurt Haendler
Original assignee: Eaton Industries GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-05-01
Also published as: DE112012004450A5; WO2013060755A1

Abstract

Es wird ein Kontaktsystem für einen Niederspannungsschalter, insbesondere Niederspannungsleistungsschalter dargestellt, welcher, für mindestens einen Pol in einem Schaltergehäuse, mit einem als Kontaktarm ausgebildeten Bewegtkontakt (10) ausgestattet ist, der mittels eines Drehzapfens (13), vorzugsweise in einer Schaltwelle (14) gelagert ist. Vorgeschlagen wird, dass der Kontaktarm (10) und die Schaltwelle (14) jeweils mit mindestens einem Magneten derart ausgestattet sind, dass mindestens ein ersten Magnet (20) am Kontaktarm (10) und mindestens ein zweiter Magnet (18, 18') in der Nachbarschaft (14) des Kontaktarms in hoher magnetischer Wechselwirkung (Abstoßstellung oder Anziehstellung) angeordnet sind, wenn sich der Kontaktarm (10) in einer Schließstellung befindet, um die Schließstellung sicherzustellen und dass sie außerdem in einer hohen magnetischen Wechselwirkung (Abstoßstellung oder Anziehstellung) angeordnet sind, wenn der Kontaktarm (10) in eine Offenstellung gebracht wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter, genauer gesagt auf einen Niederspannungs-Leistungsschalter oder einen Motorschutzschalter mit verbesserten Funktionen und Eigenschaften.

Hintergrund der Erfindung

In industriellen Niederspannungsanlagen, bei denen starke Ströme und deshalb große Leistungen auftreten, werden üblicherweise spezielle Vorrichtungen eingesetzt, die man im Branchenjargon als Sicherungsautomaten bezeichnet.
Die besagten Leistungsschalter sind für bestimmte Leistungsmerkmale ausgelegt, die für den einwandfreien Betrieb des zu schützenden Stromversorgungskreises und der angeschalteten Lasten erforderlich sind.
Im Einzelnen schützen sie die Lasten vor außergewöhnlichen Vorkommnissen, wie Störfälle durch Kurzschlüsse oder Überlastungen, indem sie die besagten Stromversorgungskreise auftrennen; sie ermöglichen außerdem das korrekte Anschließen und Abtrennen von Lasten am bzw. vom Speisekreis; sie stellen sicher, dass der Nennstrom der verschiedenen angeschlossenen Abnehmer dem erforderlichen Wert entspricht und ermöglichen über einen handbetriebenen Betätigungshebel des genannten Leistungsschalters die Trennung der beweglichen Kontakte von den festen Kontakten, um eine Last von der Stromquelle vollständig zu trennen und dann den geschützten Stromkreis abzutrennen. Diese Leistungsschalter sind dafür ausgelegt, diese Funktion und andere Leistungsmerkmale für die bestimmungsgemäße Betriebslebensdauer sicherzustellen; im Einzelnen sehen die anwendbaren Normen vor, dass die Hersteller für die Leistungsschalter eine mechanische Lebensdauer definieren, verstanden als die Anzahl der Öffnungs-/Schließvorgänge, die unter Nennstrombelastung durchgeführt werden können.
Gegenwärtig gibt es mehrere konstruktive Lösungen für Niederspannungs-Leistungsschalter, bei denen in der Regel eines der folgenden zwei Verfahren der Stromkreisauftrennung zur Anwendung kommt: Das eine ist die luftisolierte Auftrennung, bei der die Kontakte in der Luft bei Raumtemperatur und Raumdruck geschlossen und geöffnet werden; beim zweiten, als Vakuumschaltung bezeichneten Verfahren, erfolgt das Schließen und Öffnen unter Vakuum. Bei beiden Trennverfahren finden die Öffnungs-/Schließvorgänge über geeignete Schaltvorrichtungen statt, die mit den beweglichen Kontakten der Leistungsschalter verbunden sind und die erforderliche Energie abliefern, um die genannten beweglichen Kontakte zu bewegen und um deren Verbindung/Trennung mit den entsprechenden festen Kontakten herzustellen.
Für jeden Pol besteht das Kontaktsystem üblicherweise aus einem Kontaktarm in einem Schaltergehäuse mit einer Vorrichtung zur Herstellung der "Schließstellung" des Kontaktsystems vor dem Überschreiten des Unterbrechungspunkts, bzw. zur Herstellung der "Offenstellung" des Kontaktsystems danach. Der Vorgang des Öffnens des Leistungsschalters kann von Hand, von einem Schaltschloss oder mittels elektrodynamisch veranlassten Öffnungskraft veranlasst sein.

Beschreibung des Stands der Technik

Beim gegenwärtigen Stand der Technik bestehen die Schaltvorrichtungen im Allgemeinen aus mechanischen Schaltsystemen mit geeigneten Federkraftsystemen. Ein solches System ist beispielsweise aus der EP 0 867 903 A2 bekannt. Das Zusammenwirken besagter Schaltvorrichtungen mit den üblichen Unterbrechungsverfahren ermöglicht zwar die angemessene Ausführung alle erforderlichen Funktionen des Leistungsschutzschalters, ist aber in jedem Fall mit einigen Nachteilen verbunden.
Aus der DE 10 2005 050 705 A1 ist ein anderes Federkraftsystem mit einer Anordnung der Art bekannt, dass die Kontaktkraftfeder zwischen einem Befestigungspunkt an der Schaltwelle und der Abstützung liegt, wobei die Abstützung relativ zur Schaltwelle auf einem Kreisbogen längsverschiebbar geführt wird.
Im Einzelnen liegt die mechanische Lebensdauer von Leistungsschaltern, welche mit Luftschaltern und einer mechanischen Betätigung ausgestattet sind, zwischen einigen tausend und höchstens einigen zehntausend Schaltvorgängen und deren elektrische Lebensdauer ist deutlich kürzer, was hauptsächlich auf die Bildung starker Lichtbögen zurückzuführen ist, welche die Kontakte stark verschleißen. In der Kombination der mechanischen Betätigung mit Vakuumschaltern erhöht sich die elektrische Lebensdauer deutlich und erreicht in der Praxis die gleiche Größenordnung der mechanischen Lebensdauer. In beiden Fällen erfordert die Sicherstellung der mechanischen Lebensdauer die strikte Ausführung eines komplexen Wartungsprogramms während der Betriebszeit des Leistungsschalters, um die für mechanische Systeme typischen Verschleiß- und Alterungserscheinungen zu korrigieren. Ein derartiges Wartungsprogramm erfordert natürlich vorübergehende Außerbetriebnahmen, die einen Arbeits-und Zeitaufwand erfordern, der besonders bei Anwendungen ins Gewicht fällt, in denen der Schutz vor unvorhergesehenen Unterbrechungen wesentlich ist, wie bei industriellen Prozessen.
Es muss beachtet werden, dass federkraftbetätigte Schaltvorrichtungen vom Prinzip her sehr komplex und sperrig sind; die mechanische Energie, die sie aufwenden müssen, ist proportional zu den verschiedenen elektrischen Leistungsanforderungen ihres Einsatzes, zum Beispiel erfordert die Trennfähigkeit bei Kurzschlüssen, Nennströmen usw. lange und komplexe Prüf- und Eichvorgänge.
Zwischen Schließstellung und Offenstellung nimmt eine federkraftbetätigte Schaltvorrichtung einen Kipp-Punkt ein. Beiderseits des Kipp-Punkts nehmen die Federkräfte ab; im Kipp-Punkt sind sie maximal. Der Arbeitsbereich und die Kräfte der Federn sind daher relativ groß, wobei die Kontaktkraft in der Schließstellung relativ klein ist. Die Kontaktkraft sollte jedoch einen Mindestwert nicht unterschreiten. Die Abstimmung zwischen Hebelarmlängen, Federabmessungen, Federkräften, Kontaktkraft und Lagerpunkten bedingt, dass für eine optimale Einstellung enge Abmessungen der genannten Größen in federkraftbetätigten Schaltvorrichtungen eingehalten werden müssen. Häufig stehen dem Hersteller nur bestimmte Federtypen zur Verfügung, was bedeutet, dass der Bauraum für ein Kontaktsystem nicht optimal gestaltet werden kann.
Der Zweck dieser Erfindung ist einen Niederspannungs-Leistungsschalter bereitzustellen, der die Schließstellung und Offenstellung auf eine kostengünstige Weise sicherstellt, was bessere Parameter für eine optimale Einstellung liefert, und bei dem eine bessere Abstimmung zwischen Kräften und Abmessungen möglich ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bietet ein Kontaktsystem für einen Niederspannungsschalter, bestehend aus einem Kontaktarm, der mit einem Drehzapfen drehbar gelagert ist, all dies mindestens für einen Pol in einem Schaltergehäuse enthalten. Der wesentliche Kern der Erfindung besteht darin, dass der Kontaktarm und seine unmittelbare Nachbarschaft jeweils mit mindestens einem Magneten derart ausgestattet sind, dass mindestens ein erster Magnet am Kontaktarm und mindestens ein zweiter Magnet in seiner Nachbarschaft in einer Stellung mit maximaler magnetischer Wechselwirkung angeordnet sind, wenn sich der Kontaktarm in einer Schließstellung befindet, um die Schließstellung sicherzustellen und in einer Stellung mit maximaler magnetischer Wechselwirkung angeordnet sind, wenn der Kontaktarm in eine Offenstellung gebracht ist, um die Offenstellung sicherzustellen.
Die Wechselwirkungsstellung ist jeweils als Stellung mit maximaler Abstoßung oder als Stellung mit maximaler Anziehung ausgestaltet.
Die mit den mindestens ersten Magneten wechselwirkenden zweiten Magnete befinden sich in der unmittelbaren Nachbarschaft des Kontaktarms. Erfindungsgemäß soll der Ort der unmittelbaren Nachbarschaft ein Ort an mindestens einer Fläche des Schaltergehäuses sein, oder der Ort der unmittelbaren Nachbarschaft soll ein Schaltwellensegment sein. Wobei hier die dem Kontaktarm zugewandten Innenflächen des Schaltwellensegments infrage kommen. Soweit die Lage der zweiten Magnete nicht einschränkend beansprucht ist, soll jeder geeignete Ort in unmittelbaren Nachbarschaft des Kontaktarms als beansprucht gelten.
Erfindungsgemäß werden die Schließstellung und die Offenstellung des Schalters mit magnetischen Kräften statt mit Federkräften hergestellt. Dies ermöglicht nicht nur eine kompaktere und deshalb kostengünstigere, sondern auch eine zuverlässigere Vorrichtung. Außerdem üben Magnete im Unterschied zu Federn keine Reibungskräfte aus, die es zu überwinden gilt. Somit tritt auch kein reibungsbedingter Abrieb auf Die bei federkraftbelasteten Schaltsystemen angesprochenen Nachteile können überwunden werden.
Die ersten und die zweiten Magnete sind derart angeordnet, dass bei Aktivierung des Übergangs von einer Schließstellung in eine Offenstellung und zurück ein Bereich höchster magnetischer Wechselwirkung (Abstoßung oder Anziehung) überwunden wird. In Wechselwirkung mit dem mindestens einen ersten Magneten können ein, zwei oder vier zweite Magnete angeordnet sein.
Das Kontaktsystem ist entweder als Doppelkontakt oder als Einfachkontakt ausgebildet .
Es kann von Vorteil sein, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung das Kontaktsystem in einer Schaltwelle angeordnet ist und der Drehzapfen sich in deren Zentrum befindet. Mit solch einer Anordnung können Komponenten bereits vorhandener Schalter verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung werden für das Kontaktsystem Permanentmagnete eingesetzt. Permanentmagnete sind aus anderen technischen Bereichen bekannt; sie bestehen aus hartmagnetischen Werkstoffen, die ihre Magnetisierung aufrechterhalten. Ein Permanentmagnet erzeugt normalerweise ein starkes Magnetfeld mit geringer Masse und ist gegen entmagnetisierende Effekte relativ resistent. Die gewünschten Eigenschaften solcher Magnete werden typischerweise mittels der Remanenz und Koerzitivkraft der Magnetwerkstoffe definiert.
Der Kontaktarm enthält eine Verlängerung oder Abwinklung, an dem mindestens ein erster Magnet angeordnet ist, wobei die Verlängerung oder Abwinklung quer zur Längserstreckung des Kontaktarms ausgebildet ist. In bevorzugter Ausführung kann die Abwinklung quer zur Längserstreckung des Kontaktarms ausgebildet sein. Verlängerung oder Abwinklung können die Anordnung des Kontaktsystems vereinfachen. Die Anordnung kann in ihrer Längsform und Ausrichtung an den Rest der Konstruktion angepasst werden.
Es kann günstig sein, wenn die Verlängerung über den Drehzapfen hinausragt. Die Verlängerung kann nach dem Kontaktarm ausgerichtet sein oder eine andere Ausrichtung (eine Abwinklung) haben, zum Beispiel quer zum Kontaktarm.
Des Weiteren kann eine Abwinklung auch im mittleren Bereich des Kontaktarms beginnen und sich kreisförmig entfalten.
Bei einer Anordnung des ersten Magneten des Kontaktarms, der so ausgerichtet ist, dass seine Pole senkrecht zur von der Bewegung des Kontaktarms aufgespannten Ebene weisen, gibt es mindestens folgende erfindungsgemäße Situationen für Anordnungen eines oder mehrerer zweiter Magnete.

1. Situation - Je ein zweiter Magnet liegt in zum ersten Magneten abstoßender oder anziehender Ausrichtung beiderseits der von der Bewegung des Kontaktarms aufgespannten Ebene.
2. Situation - Zwei zweite Magnete liegen in zum ersten Magneten abstoßender oder anziehender Ausrichtung einerseits der von der Bewegung des Kontaktarms aufgespannten Ebene.
3. Situation - Mindestens ein zweiter Magnete liegt in zum ersten Magneten abstoßender oder anziehender Ausrichtung in der von der Bewegung des Kontaktarms aufgespannten Ebene.

Weiterhin können die Pole des ersten Magneten des Kontaktarms in Richtung der Verlängerung oder Abwinklung ausgerichtet sein. Über die Verlängerung oder Abwinklung hinaus in der von der Bewegung des Kontaktarms aufgespannten Ebene kann dann mindestens ein zweiter Magnet in abstoßender oder anziehender Ausrichtung vorgesehen sein.
Magnetfeldstärke und Koerzitivfeldstärke der Magnete sind derart vorgegeben, dass diese Magneteigenschaften die Schließstellung und die Offenstellung sicher gewährleisten.
Wie bereits erwähnt, werden in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung Permanentmagnete verwendet. Noch bevorzugter sind Seltenerdmagnete. Hauptvertreter dieser Art von Magneten sind NdFeB- und SmCo-Magnete, die aus Werkstoffen aus der Elementgruppe der Seltenen Erden bestehen. Neodym-Eisen-Bor (allgemeine Zusammensetzung Nd₂Fe₁₄B, oft mit NdFeB abgekürzt) ist der modernste der magnetischen Werkstoffe. Bei Raumtemperatur sind die NdFeB-Magnete die stärksten Dauermagnete. Samarium Cobalt wird in zwei Zusammensetzungen hergestellt: Sm₁Co₅ und Sm₂Co₁₇ - oft als SmCo 1:5 5 oder SmCo 2:17 Typen bezeichnet. 2:17 Typen, mit höherer Koerzitivfeldstärke, bieten eine größere inhärente Stabilität als die 1:5 Typen.
Neben erste und zweite Magnete können weitere magnetisierbare Elemente derart angeordnet sein, so dass ein erstes magnetisierbares Element in der Schließstellung des Kontaktsystems vom Magnetfeld des ersten Magneten und ein anderes magnetisierbares Element in der Offenstellung des Kontaktsystems vom Magnetfeld des ersten Magneten jeweils maximal durchflutet wird und wobei die weiteren magnetisierbaren Elemente Weicheisenteile oder Permanentmagnete sein können.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt ist ein Verfahren zur Sicherstellung der Schließstellung und der Offenstellung eines Niederspannungsschalters, indem ein Kontaktarm über einen Drehzapfen drehbar gelagert ist, mit mindestens einem Pol in einem Schaltergehäuse. Hierbei wird eine Offenstellung und/oder Schließstellung vor und nach der Öffnung des Kontaktarms durch Magnete sichergestellt.
In dem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kontaktarm ohne Drehung der Schaltwelle in die Offenstellung gebracht, wobei der Kontaktarm den Bereich höchster Abstoßung oder höchster Anziehung überwindet. Der Punkt höchster Abstoßung oder höchster Anziehung entspricht dem aus federkraftbetätigten Systemen bekannten Kipp-Punkt. Noch stärker bevorzugt ist die Überwindung des Bereichs höchster Abstoßung oder höchster Anziehung mittels einer elektrodynamisch veranlassten Öffnungskraft.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung werden der Kontaktarm und die Nachbarschaft des Kontaktarms mit mindestens einem Magneten auf die Weise ausgestattet, dass mindestens ein Magnet des Kontaktarms und mindestens ein Magnet in der Nachbarschaft des Kontaktarms in einer Abstoßstellung oder in einer Anziehungsstellung angeordnet sind, wenn sich der Kontaktarm in einer Schließstellung befindet, um die Schließstellung abzusichern und so dass sie in einer Abstoßstellung oder in einer Anziehungsstellung angeordnet sind, wenn der Kontaktarm in eine Offenstellung ohne Drehung der Schaltwelle gebracht wird, wobei der Kontaktarm den Bereich höchster Abstoßung oder den Bereich höchster Anziehung überwindet.
Die verschiedenen genannten Merkmale der Erfindung können einzeln oder in geeigneter Kombination miteinander realisiert sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben erwähnten Aspekte, Leistungsmerkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen veranschaulicht, die zusammen mit folgenden Bildern zu lesen sind.

FIG. 1 schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Kontaktsystems in einem AUS-Zustand;
FIG. 2 schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Kontaktsystems in einem dynamisch aufgeschleuderten AUS-Zustand;
FIG. 3A ist eine schematische Darstellung eines Kontaktsystems im EIN-Zustand;
FIG. 3B ist die schematische Draufsicht des Kontaktsystems nach FIG. 3A;
FIG. 4 ist eine schematische Darstellung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung eines Kontaktsystems im AUS-Zustand;
FIG. 5A und 5B sind Darstellungen im dynamisch aufgeschleuderten AUS-Zustand;
FIG. 6A ist eine schematische Darstellung eines Kontaktsystems ähnlich wie Figuren 4 und 5 im EIN-Zustand;
FIG. 6B ist eine schematische Draufsicht des Kontaktsystems gemäß 6A;
FIG. 7A und 7B zeigt eine weitere Möglichkeit der Magnetanordnung;
FIG. 8 ist eine Darstellung mit einer alternativen Form der Verlängerung des Kontaktarms; und
FIG. 9A und 9B sind Darstellungen einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung mit Eisenteile in den Endlagen zur Kraftverstärkung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die folgende Figurenbeschreibung bezieht sich auf Ausführungsformen der Erfindung, wo der Kontaktarm in einer Schaltwelle drehbar gelagert ist. Die Lage des mindestens ersten Magneten ist eine Lage am oder im Kontaktarm oder einer Abwinklung vom Kontaktarm. Die Anordnung der mit den mindestens ersten Magneten wechselwirkenden zweiten Magnete in der unmittelbaren Nachbarschaft des Kontaktarms ist in den Figuren als Anordnung der zweiten Magnete in der Schaltwelle (im Schaltwellensegment) dargestellt. Es ist erwähnt worden und soll erfindungsgemäß beansprucht sein, dass die zweiten Magneten auch an einer Fläche des Schaltergehäuses angeordnet sein können. Diese Alternative ist in den Figuren nicht wiedergegeben.
Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Kontaktsystems im AUS-Zustand, wobei die Schaltwelle mit einem Teilschnitt dargestellt ist. Der Kontaktarm 10 liegt an einer Anschlagfläche 17 in der Schaltwelle an.
Man sieht, dass ein als Bewegtkontakt ausgebildeter Kontaktarm 10 über einen Drehzapfen 13 an der Schaltwelle 14 montiert ist. Diese Anordnung enthält mindestens einen Pol (8, 11) in einem Schaltergehäuse. Der Schalter kann mit jedem bekannten Öffnungsmechanismus betätigt werden. Erfindungsgemäß sind der Kontaktarm 10 und die Schaltwelle 14 jeweils mit mindestens einem Magneten ausgestattet. Gemäß der Ausführung der Fig. 1 ist ein erster Magnet 20 auf einer Verlängerung 12 des Kontaktarms 10 angebracht. Die Verlängerung ist im Bereich des Drehzapfens 13 etwa rechtwinklig vom Kontaktarm abgewinkelt. Je ein zweiter Magnet 18 ist in gegenseitiger Abstoßstellung an je einer Innenseite der Schaltwelle 14 angebracht. Der Magnet 20 kann in einer Durchbrechung oder in einem Fenster der Verlängerung 12 eingebracht sein.
Jeweils rechts neben den Hauptzeichnungen der Figuren ist eine Detailzeichnung (senkrecht zur jeweiligen Draufsicht, also von oben auf den Kontaktarm) der Stellung der Magnete zu finden. Die Magnete sind in ihrer Polarität gezeigt. F bezeichnet die resultierende Kraft.
In Fig. 1 ist die Schaltwelle 14 nach rechts gedreht. Der Anschlag 17 in der Schaltwelle hindert den Kontaktarm 10 in seiner Bewegung. Wenn nun das Kontaktsystem in den EIN-Zustand gebracht wird - dargestellt über die Fig. 2 zur Fig. 3 - wird die Schaltwelle nach links gedreht, bis der Kontaktarm 10 in eine Schließstellung kommt. Wegen der Abstoßkraft der zwei Magnete 18, 20 ist die Schließstellung im EIN-Zustand (Fig. 3A) sichergestellt.
Fig. 2 zeigt die Ausführung in einem ausgeschalteten Zustand. Das heißt, dass der Kontakt durch eine elektrodynamisch veranlasste Öffnungskraft in die Offenstellung "getrieben" worden ist. Dies bedeutet auch, dass sich das Kontaktsystem anfänglich in einem EIN-Zustand befunden hat. Die elektrodynamisch veranlasste Öffnungskraft lässt die Verlängerung 12 des Kontaktarms 10 den Magneten 20 an der Schaltwelle 14 außer Kraft setzen. Aufgrund der Anordnung der Magnete 20, 18 wird nun die Offenstellung des Kontaktarms 14 durch die in Abstoßungsstellung befindlichen Magnete 20, 18 sichergestellt.
Mit andern Worten wird der für mindestens einen Pol in einem Schaltergehäuse untergebrachte Kontaktarm 10, der mit einem Drehzapfen 13 an einer Schaltwelle 14 montiert ist, vor und nach einem veranlassten Öffnungsvorgang des Kontaktarms 10 in einer Offenstellung und/oder Schließstellung gehalten.
Nach einer bevorzugten Ausführung wird dies dadurch erreicht, dass der Kontaktarm 10 ohne Drehung der Schaltwelle 14 und des Kontaktarms 10 in eine Offenstellung gebracht wird, oder genauer gesagt dadurch, dass die Verlängerung 12 des Kontaktarms 10 einen Bereich höchster magnetischer Wechselwinkung (gemäß Figur höchste Abstoßung) überwindet.
Aus den Figuren ist jeweils ersichtlich, dass die Schaltwelle 14 eine Scheibenform hat und dass der Drehzapfen 13 zentral angeordnet ist.
Die verwendeten Magnete 20, 18 sind Permanentmagnete, zum Beispiel Seltenerdmagnete aus Eisen-Bor, wie NdFeB-Magnete oder SmCo-Magnete.
Wie in den Detailzeichnungen zu Fig. 1, 2, und 3A ersichtlich, ist der erste Magnet 20 des Kontaktarms 10 so ausgerichtet, dass ein Pol des ersten Magneten 20 zur ersten Seite der Schaltwelle 14 und der andere Pol zu einer anderen Seite der Schaltwelle 14 weist. Beiderseits der Ebene, die vom Kontaktarm überstrichen wird liegen, dem Magneten 20 des Kontaktarms 10 wesentlich entgegenwirkend, je ein zweiter Magnet 18 in abstoßender Anordnung. In Fig. 3B wird die Schaltwelle 14 in Draufsicht dargestellt. Die zweiten Magnete 18 liegen an den zum Kontaktarm gerichteten Innenseiten des Schaltwellensegments.
Der Kontaktarm 10 und somit auch seine Verlängerung 12 und die Schaltwelle 14 sind jeweils mit mindestens einem Magneten 20, 18 derart ausgestattet, dass mindestens ein erster Magnet 20 an der Verlängerung 12 des Kontaktarms 10 und mindestens ein zweiter Magnet 20 an der Schaltwelle 14 in einer Abstoßstellung angeordnet sind, wenn sich der Kontaktarm 10 in einer Schließstellung befindet, um die Schließstellung sicherzustellen. Sie sind auch dann in einer Abstoßstellung angeordnet, wenn der Kontaktarm 10 in eine Offenstellung gebracht wird, ohne die Schaltwelle 14 zu drehen und nach Überwindung des Bereichs höchster Abstoßung durch die Verlängerung 12 des Kontaktarms 10.
Bei den Darstellungen in den Figuren 3A bis 6B wirken die Magnete anziehend und erlauben eine gute Abstimmung bei großen Kontaktöffnungsstrecken, weil die Kräfte in den Endlagen, wegen der kleinen magnetischen Luftstrecken exakt eingestellt werden können.
Die Fig. 3A zeigt eine schematische Darstellung eines Kontaktsystems gemäß Fig. 1 im EIN-Zustand.
Die Abbildungen 4, 5A, 5B, 6A und 6B stellen eine andere erfindungsgemäße Ausführung des Kontaktsystems dar, wobei die Stellungen des Kontakts in der Fig. 4 der Stellung in Fig. 1, die Fig. 5A der Fig. 2 und die Figuren 6A, 6B den Figuren 3A, 3B entsprechen. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, das große Öffnungsstrecken überwunden werden können und die Kräfte in den AUS- und EIN-Stellungen durch kleine Abstände der Magnete genau einstellbar sind. Die Magnete 18" befinden sich in anziehender Stellung zum Magneten 20 in der Verlängerung (Abwinklung) 12 des Kontaktarms.
Die zweiten Magnete 18", die gegenüber dem Magnet des Kontaktarms räumlich fest angeordnet sind, können bei allen Varianten gemäß der Figuren 1 bis 9 einseitig oder beidseitig vom Magneten 20 angeordnet sein. Hierzu soll auf die Figuren 5 und 6 verweisen werden. In Fig. 5A, 5B sind zwei Magnete 18" in einseitiger Nachbarschaft des Magneten 20 angeordnet. In den Fig. 6A, 6B sind zwei Magnete 18" auf der einen Seite des Kontaktarms und zwei Magnete 18" auf der anderen Seite des Magneten 20 dargestellt. Die zweiten Magnete 18" befinden sich also in beiderseitiger Nachbarschaft des Kontaktarms 10, bzw. seiner Abwinklung 12. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Magnetkräfte in Querrichtung sich kompensieren und neutralisieren.
In der Ausführung gemäß Fig. 7 ist die Polarität des Magneten 20 der Verlängerung 12 parallel zur Verlängerung 12 und in Richtung der Peripherie der Schaltwelle 14 ausgerichtet. An der Peripherie der Schaltwelle 14 steht ein zweiter Magnet 18 in abstoßender Anordnung, welcher in der Schaltwelle angebracht ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt, ebenfalls in einer AUS-Stellung. In dieser Ausführung ist die Verlängerung des Kontaktarms 10 auf eine andere Weise angeordnet. Hier beginnt die Verlängerung 12' im mittleren Bereich des Kontaktarms und entfaltet sich kreisförmig. Die drei Magnete (20, 18''') liegen auf unterschiedlichem Abstand zum Drehpunkt 13 des Kontaktarms. Die Verlängerung 12' des Kontaktarms 10 kann sich zwischen den beiden Magneten 18''' hindurchbewegen, im Gegensatz zu den Anordnungen der Figuren 1 bis 7. Gemäß Fig. 8 befinden sich die drei Magnete in der Ebene, die vom Kontaktarm überstrichen wird. In den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 7 liegen die beteiligten Magnete mindestens in zwei Ebenen, die sich parallel zur Ebene aufspannen, die vom Kontaktarm überstrichen wird.
Die Fig. 9A und 9B zeigen magnetisierbare Elemente in der Schaltwelle. Die magnetisierbaren Elemente können Weicheisenteile 19 oder auch weitere Magnete (statt Eisenteile) sein. Die magnetisierbaren Elemente in der Schaltwelle sind derart angeordnet, dass ein erstes magnetisierbares Element in der Schließstellung des Kontaktsystems vom Magnetfeld des ersten Magneten 20 und ein anderes magnetisierbares Element in der Offenstellung des Kontaktsystems vom Magnetfeld des ersten Magneten 20 jeweils maximal durchflutet wird. Die entsprechenden Positionen der Elemente und die resultierende Kraft ist in der Detaildarstellung rechts neben der Hauptzeichnung von Fig. 9A erkennbar. Die Fig. 9B ist schematisch die Draufsicht des Kontaktsystems nach FIG. 9A.
Erfindungsgemäß verwendet der Leistungsschalter Magnete, vorzugsweise Permanentmagnete, statt Kontaktkraftfedern. Die Magnete werden mit abstoßender oder anziehender Wirkung angeordnet. Ein oder mehrere erste Magnete werden auf einem mit einer Verlängerung (oder Abwinklung) versehenen Kontaktmittel angebracht, vorzugsweise an einem Kontaktarm, falls zutreffend. Der andere oder die übrigen zweiten Magnete werden in der Nachbarschaft des Kontaktarms, vorzugsweise in einer Schaltwelle angebracht. Wenn sich die Schaltwelle bewegt, dann erfährt aufgrund der Anordnung der Magnete und der magnetischen Wechselwirkung auch das Kontaktmittel (der Bewegtkontakt) einen Impuls und bewegt sich entsprechend.
Wenn sich der Kontaktarm im EIN-Zustand befindet, wird eine Kontaktkraft angelegt, um die Kontakte mit einer Abstoßungskraft (Anziehungskraft) geschlossen zu halten. Ist der Kontakt geöffnet, dann überwinden der oder die ersten Magnete des Kontakts den oder die zweiten Magnete des Kontaktarms und die Abstoßung (Anziehung) wirkt dann in die Gegenrichtung, das heißt die Abstoßkraft (Anziehungskraft) der Magnete hält den Kontakt offen.
Die Figuren zeigen jeweils ein Kontaktsystem mit einem Festkontakt und einen als einarmigen Kontaktarm ausgebildeten Bewegtkontakt. Es handelt sich um einen Einfachkontakt. Es sei hervorgehoben, dass die Erfindung auch eingerichtet sein kann, wenn der Bewegtkontakt ein Doppelkontakt ist. Der doppelarmige Kontaktarm eines Doppelkontakts weist zwei Bewegtkontaktstücke auf und erstreckt sich dabei beiderseits seines Drehpunkts. Die beiden Bewegtkontaktstücke des Kontaktarms gelangen mit je einem Festkontaktstück in Schließstellung.

Bezugszeichen

8: Festkontaktstück, Laufschiene
10: Kontaktarm, Kontaktmittel
11: Bewegtkontaktstück
12: Verlängerung Kontaktarm gewinkelt
12': Verlängerung Kontaktarm gebogen
13: Drehzapfen
14: Schaltwelle, Schaltwellensegment
20: erster Magnet an Kontaktarm oder an Verlängerung
17: Anschlag in Schaltwelle
18 18' 18"': zweite Magnete in Nachbarschaft
19: Eisenteile, oder weitere Magnete in Nachbarschaft
30: Litze
F: F resultierende Kraft aus Magnetstellung

Claims

Kontaktsystem für einen Niederspannungsschalter, ausgestattet mit einem Kontaktmittel, vorzugsweise einem als Kontaktarm (10) ausgebildeten Bewegtkontakt, mittels eines Drehzapfens (13) drehbar gelagert, für mindestens einen Pol in einem Schaltergehäuse, in dem der Schalter betätigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (10) und seine unmittelbare Nachbarschaft (14) jeweils mit mindestens einem Magneten derart ausgestattet sind, dass mindestens ein erster Magnet (20, 20') am Kontaktarm (10) und mindestens ein zweiter Magnet (18, 18') in der Nachbarschaft (14) in einer Stellung mit maximaler magnetischer Wechselwirkung angeordnet sind, wenn sich der Kontaktarm (10) in einer Schließstellung befindet, um die Schließstellung sicherzustellen und wenn der Kontaktarm (10) in eine Offenstellung gebracht ist, um die Offenstellung sicherzustellen.
Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselwirkungsstellung als Stellung mit maximaler Abstoßung oder als Stellung mit maximaler Anziehung ausgestaltet ist.
Kontaktsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (20) und die zweiten Magnete (18, 18', 18"') derart angeordnet sind, dass bei Aktivierung des Übergangs von einer Schließstellung in eine Offenstellung ein Bereich höchster magnetischer Wechselwirkung als Abstoßung oder als Anziehung überwunden wird.
Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (10) im Schaltergehäuse oder in einer Schaltwelle (14) des Schutzschalters gelagert ist, wobei der Drehzapfen (13) bezüglich der Schaltwelle (14) mittig angeordnet ist.
Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem entweder als Doppelkontakt oder als Einfachkontakt ausgebildet ist.
Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (10) eine Verlängerung oder Abwinklung (12, 12') enthält, an dem mindestens ein erster Magnet (20) angeordnet ist.
Kontaktsystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwinklung (12) quer zur Längserstreckung des Kontaktarms (10) ausgebildet ist.
Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Wechselwirkung mit dem ersten Magneten (20) zwei oder vier zweite Magnete (18") angeordnet sind.
Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnet (20) des Kontaktarms (10) so ausgerichtet ist, dass die Pole des ersten Magneten (20) senkrecht zur von der Bewegung des Kontaktarms (10) aufgespannten Ebene weisen, und dass je ein zweiter Magnet (18, 18') in zum ersten Magneten (20) abstoßender oder anziehender Ausrichtung beiderseits der von der Bewegung des Kontaktarms (10) aufgespannten Ebene liegt.
Kontaktsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnet (20) des Kontaktarms (10) so ausgerichtet ist, dass die Pole des ersten Magneten (20) senkrecht zur von der Bewegung des Kontaktarms (10) aufgespannten Ebene weisen, und dass zwei zweite Magnete (18, 18') in zum ersten Magneten (20) abstoßender oder anziehender Ausrichtung einerseits der von der Bewegung des Kontaktarms (10) aufgespannten Ebene liegen.
Kontaktsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnet (20) des Kontaktarms (10) so ausgerichtet ist, dass die Pole des ersten Magneten (20) senkrecht zur von der Bewegung des Kontaktarms (10) aufgespannten Ebene weisen, und dass mindestens ein zweiter Magnete (18, 18') in zum ersten Magneten (20) abstoßender oder anziehender Ausrichtung in der von der Bewegung des Kontaktarms (10) aufgespannten Ebene liegt.
Kontaktsystem gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole des ersten Magneten (20) des Kontaktarms (10) in Richtung der Verlängerung oder Abwinklung (12) ausgerichtet sind, und dass über die Verlängerung oder Abwinklung (12) hinaus in der von der Bewegung des Kontaktarms (10) aufgespannten Ebene mindestens ein zweiter Magnet (18) in abstoßender oder anziehender Ausrichtung vorgesehen ist.
Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben erste (20) und zweite Magnete (18) weitere magnetisierbare Elemente (19) derart angeordnet sind, dass ein erstes magnetisierbares Element in der Schließstellung des Kontaktsystems vom Magnetfeld des ersten Magneten (20) und ein anderes magnetisierbares Element in der Offenstellung des Kontaktsystems vom Magnetfeld des ersten Magneten (20) jeweils maximal durchflutet wird und wobei die weiteren magnetisierbaren Elemente Permanentmagnete sein können.
Kontaktsystem gemäß einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste (20) und zweite Magnete (18) Permanentmagnete, insbesondere Seltenerdmagnete sind.
Verfahren zur Sicherstellung der Schließstellung und/oder Offenstellung eines Niederspannungsschalters, mit einem als Bewegtkontakt ausgebildeten Kontaktarm (10), der über einen Drehzapfen (13) drehbar gelagert ist, für mindestens einen Pol in einem Schaltergehäuse, in dem der Schalter betätigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Offenstellung und/oder eine Schließstellung des Kontaktarms (10) durch den Einsatz von Magneten (20, 18) hergestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (10) in eine Offenstellung ohne Drehung der Schaltwelle (14) gebracht wird und ein erster am Kontaktarm (10) angeordneter Magnet einen Bereich höchster Abstoßung oder einen Bereich höchster Anziehung überwindet.
Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwindung des Bereichs höchster Abstoßung oder höchster Anziehung mittels elektrodynamisch veranlasster Öffnungskraft erwirkt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktarm (10) und die Nachbarschaft des Kontaktarms (14) jeweils mit Magnete (18, 20) ausgestattet sind, und zwar so, dass mindestens ein erster Magnet (20) des Kontaktarms (10) und mindestens ein mit mindestens einem ersten Magneten in Wechselwirkung stehender zweite Magnet (18, 18') der Nachbarschaft (14) in einer Stellung mit maximaler magnetischer Wechselwirkung angeordnet ist, wenn sich der Kontaktarm (10) in einer Schließstellung befindet, um die Schließstellung sicherzustellen und sich außerdem in einer Stellung mit maximaler magnetischer Wechselwirkung befindet, wenn der Kontaktarm (10) in eine Offenstellung gebracht wird und nach Überwindung eines Bereichs höchster Abstoßung oder eines Bereichs höchster Anziehung durch den Kontaktarm (10).